JPH06167188A - 位置検出方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検出器の較正をすることなく被検出物の直上
位置以外から被検出物の位置を検出できる方法及びその
装置を提供すること。 【構成】 埋設管９の長手方向に軸線を有する励磁コイ
ル11と該励磁コイル11と軸線を同じくし、位置を異にし
た別の励磁コイル12とを配設し、励磁コイル11,12 によ
り逆方向又は同方向の磁界を発生させ、前記励磁コイル
11,12 と平行な軸線となるように配置された検出コイル
31,32,33にて発生した磁界の平行成分の強さを測定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば埋設管に挿入さ
れ埋設管の疵，割れ等を探知する探知機又は地中を掘進
する走行装置等の被検出物に磁界を発生する励磁コイル
を取付け、発生した磁界を地上で検出することにより被
検出物の位置を特定する等に用いる位置検出方法及びそ
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】埋設管に挿入される探知機の埋設管中の
位置又は地中を掘進する走行装置の地中の位置を外部よ
り検出するには、従来磁界を発生する励磁コイルを探知
機又は地中走行装置等の被検出物に取り付け、この励磁
コイルが発生する磁界を外部に設けられた磁界検出器に
て検出し、その検出結果より前記被検出物の位置を特定
していた。

【０００３】図７及び図８は地中に水平に埋設された管
に挿入された被検出物の位置を特定するための従来の方
法及びその装置を説明するものであり、励磁コイル及び
発生磁界と磁界検出コイルとを示す概略図(a) 及び検出
された磁界の強さを示すグラフ(b) である。図中101 は
埋設管９に挿入された被検出物に取付けられた励磁コイ
ルであり、励磁コイル101 より発生される磁界は磁界検
出器である検出コイル201,202 で検出される。

【０００４】励磁コイル101 はその軸線が埋設管９の長
手方向となるように被検出物に取付けられており、図中
矢符で示したように埋設管９の長手方向に両極を形成す
る磁界を発生する。検出コイル201 は埋設管９と垂直な
軸線となるように配置されており、一方検出コイル202
は埋設管９と平行な軸線となのように配置されている。
そして検出コイル201,202 は、それぞれ前記励磁コイル
101 の軸線と垂直な成分 (以下垂直成分という) の強さ
及び励磁コイル101 の軸線と平行な成分 (以下平行成分
という) の強さを測定する。

【０００５】次にこのように構成された従来の検出装置
によって被検出物の位置を検出する方法を説明する。ま
ず図７(a) に示した如く検出コイル201 を埋設管９の直
上を白抜き矢符で示した埋設管９の長手方向へ走査させ
て磁界の垂直成分の強さを連続的に検出する。図７(b)
はその検出結果であり、励磁コイル101 の直上で検出コ
イル201 よりの出力が０となるため、この位置の直下が
被検出物の位置であると特定される。

【０００６】同様に図８(a) に示した如く、検出コイル
202 を埋設管９の直上を白抜き矢符で示した埋設管９の
長手方向へ走査させて、磁界の平行成分の強さを連続的
に測定する。図８(b) はその測定結果であり、発生した
磁界が垂直成分のみとなる位置Ｔ₁ ，Ｔ₂ で検出コイル
202 からの出力が０となり、この２地点間の距離ｒの中
点にて出力が最大値Ｂとなる。ここで被検出物までの距
離は、このＴ₁ −Ｔ₂間の距離ｒに比例し最大値Ｂと対
応することが知られているため、これらの測定値を用い
て前記距離を求めていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところでこのような従
来の方法及び装置にあっては、磁界の垂直成分を測定す
る検出コイル201 によって被検出物の直上の位置を検出
した後、この直上の位置を含み平行成分が０となる位置
を検出コイル202 によって検出して被検出物の位置を特
定する必要があり、測定領域が広く、また手間がかか
る。更に検出コイル202 による被検出物までの距離の特
定においては、測定値そのものを用いて特定されるた
め、予め測定すべき位置の近傍の所定深さに励磁コイル
101 を埋設し、検出コイル202 にて発生した磁界を測定
した値が所定値となるように検出コイル202 を較正して
おく必要があり、このため測定作業に長時間要する、等
の問題があった。本発明はかかる事情に鑑みてなされた
ものであり、較正を必要とせず励磁コイルを取付けた被
検出物の直上を通らずとも該被検出物の位置を検出でき
る方法及びその装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る位置検出方
法は、被検出物に取付けた励磁コイルから発生させた磁
界を磁界検出器で測定することにより前記被検出物の位
置を検出する方法において、共通の軸線上に位置を異な
らせて配置された複数の励磁コイルより強さが等しく逆
方向の磁界を発生させ、前記複数の励磁コイルの軸線と
平行な磁界の成分の強さを測定し、その測定値が零とな
る位置から前記軸線方向の位置を検出し、また前記複数
の励磁コイルにより同方向の磁界を発生させ、前記平行
な磁界の成分の強さを複数の位置で測定し、その測定値
の比を用いて前記磁界検出器から励磁コイルまでの距離
を検出することを特徴とする。

【０００９】本発明に係る位置検出装置は、被検出物に
取付けた励磁コイルから発生させた磁界を磁界検出器で
測定することにより前記被検出物の位置を検出する装置
において、共通の軸線上に位置を異ならせて配置された
複数の励磁コイルと、これらの励磁コイルから逆方向及
び同方向の磁界を発生させる発振器と、前記複数の励磁
コイルの軸線と平行な磁界の強さを測定する手段とを備
えることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明にあっては、共通の軸線上に位置を異な
らせて配置した励磁コイルより強さが等しく逆方向の磁
界を発生させると、発生した磁界の平行成分の強さは両
励磁コイルの中点で０となるため、磁界の平行成分の強
さが０となる位置を検出することにより、励磁コイルの
軸線方向の被検出物の位置が検出できる。また両励磁コ
イルから同方向の磁界を発生させると、磁界の平行成分
の強さは両励磁コイル間を通る垂線上の位置で極値とな
る。そしてこの位置を通る複数の位置で検出されたそれ
ぞれの極値の比を用いることによって、磁界検出器から
励磁コイルまでの距離を求めることができるため、前述
の検出結果と合わせて被検出物の位置が特定される。

【００１１】

【実施例】以下本発明に係る被検出物の位置を検出する
原理を説明する。図１及び図２は励磁コイルを取付けた
被検出物の直上を、磁界検出器である検出コイルが走査
することによって被検出物の位置を検出する場合を説明
するものであり、励磁コイル及び発生磁界と検出コイル
とを示す概略図(a),(b) 及び検出された磁界の強さを示
すグラフ(c) である。

【００１２】図中11,12 は地中に水平に埋設された埋設
管９内に挿入された被検出物に取り付けられた励磁コイ
ルであり、同一のコイルが共通の軸線上に位置を異なら
せて配置されており、両励磁コイル11,12 はその軸線方
向に両極を有する磁界を発生する。そしてこの磁界は強
さが等しくその向きが逆方向又は同方向となるように、
等しい大きさの電流を図示しない発振器によって励磁コ
イル11,12 に逆方向又は同方向に通流することによって
発生される。

【００１３】また図中21,22 は地上に設置された検出コ
イルであり、検出コイル21上に地面と垂直に距離ａだけ
離れて検出コイル22が配置されており、励磁コイル11,1
2 が発生する磁界の平行成分の強さを測定する。まず図
１(b) に示した如く励磁コイル11,12 より逆向きに強さ
が等しい磁界を発生させ、埋設管９上を被検出物の直上
を通るように検出コイル21,22 にて走査(図１(a))し
て、発生した磁界の平行成分の強さを測定する。その結
果、検出コイル21,22 よりの出力Ｈ₂₁，Ｈ₂₂はＳ字状の
グラフ（図１(c))となり、励磁コイル11,12 の中点、即
ち強さが等しく磁界の向きが逆となる点にて出力が０と
なる。そのため被検出物の位置は検出コイル21,22 より
の出力が０となる位置の下方となる。

【００１４】次に図２(b) に示した如く励磁コイル11,1
2 より同方向の磁界を発生させ、前記と同様に検出コイ
ル21,22 にて走査 (図２(a))して、該磁界の平行成分の
強さを測定する。その結果、検出コイル21,22 よりの出
力Ｈ₂₁，Ｈ₂₂は、励磁コイル11,12 の中点でそれぞれの
極値Ｈ_21max ，Ｈ_22max （Ｈ_21max ＞Ｈ_22max ）を有す
るグラフ (図２(c))となる。一般に励磁コイルから発生
される磁界の強さは距離の３乗に反比例して減衰するこ
とが知られているため検出コイル21,22 から被検出物ま
での距離ｄは検出コイル21,22 間の距離ａ及びそれぞれ
の極値の比Ｈ_21max ／Ｈ_22max を用いて以下の(1) 式よ
り求められる。

【００１５】

【数１】

【００１６】次に前述した原理をより一般化し、検出コ
イルの走査方向は埋設管の埋設方向であるが、被検出物
の直上を通らずに被検出物の位置を検出する場合の検出
原理を説明する。図３及び図４はこの検出原理を説明す
るものであり、励磁コイル及び発生磁界と磁界検出器と
を示す概略図(a),(b) 及び測定された磁界の強さを示す
グラフ(c) である。

【００１７】図中11,12 は前述した励磁コイルである。
図中31,32,33は全て同一の検出コイルであり、検出コイ
ル31,32,33は励磁コイル11,12 の軸線と平行な軸線とな
るように配置され、各検出コイル31,32,33を稜として地
面と平行に横向きの三角柱を形成しており、その両側面
は平坦である。また各検出コイル31,32,33間の距離は、
検出コイル31,32 間がｉ、検出コイル31,33 間がｊ、検
出コイル32,33 間がｋであり、これらの検出コイルから
両励磁コイル11,12 間までの相対距離は検出コイル32,3
3,31の順に遠い。そして検出コイル31,32,33は励磁コイ
ル11,12 が発生する磁界の平行成分の強さを測定する。

【００１８】このように構成された検出コイル31,32,33
にて図３(a) のように埋設管９の直上とは位置を異にし
て、図３(b) 中矢符で示したように埋設管９の長手方向
へ走査して、励磁コイル11,12 より逆向きで強さが等し
い磁界を発生させ、これを測定する。その結果は図３
(c) の如く検出コイル32,33,31の順に励磁コイル11,12
からの相対位置が遠くなるに従って検出出力が弱くなっ
たＳ字型の曲線Ｈ₃₂，Ｈ₃₃，Ｈ₃₁（Ｈ₃₂＞Ｈ₃₃＞Ｈ₃₁）
として得られ、これらは励磁コイル11,12 の中点で３出
力とも０となるため、この位置が励磁コイル11,12 の軸
線方向の被検出物の位置であると検出される。

【００１９】次に図４(b) に示した如く励磁コイル11,1
2 より同方向の磁界を発生させ、検出コイル31,32,33か
ら被検出物までの距離を求める。前述の如く検出コイル
31,32,33にて走査すると、前記出力が０となる位置で検
出コイル31,32,33からの出力Ｈ₃₁，Ｈ₃₂，Ｈ₃₃はそれぞ
れの極値Ｈ_31max ，Ｈ_32max ，Ｈ_33max を有する曲線
（図４(c))となる結果が得られ、これらの極値は前記と
同様に励磁コイルからの相対位置に従ってＨ_32max ＞Ｈ
_33max ＞Ｈ_31max である。

【００２０】ここで例えば図５に示した如く検出コイル
31及び32の軸線の垂線をＺ軸、検出コイル32を原点にＺ
軸と直交するＸ軸とした座標系を考えると両検出コイル
31,32 間の距離はｉであるので検出コイル31の座標は
（０，ｉ）である。励磁コイルの位置Ｐ（ｘ，ｚ）は両
検出コイル31,32 間の距離及びそれらからの出力の極値
の比Ｈ_32max ／Ｈ_31max より求められる以下の(2) 式の
ように表わされる。

【００２１】

【数２】

【００２２】この(2) 式は図４(a) に示した如く、検出
コイル31から検出コイル32を通る線上に中心Ｏ₁ を有す
る円Ｓ₁ 上にＰがあることを意味しており、同様にＰは
検出コイル31,32 からの出力の極値の比Ｈ_32max ／Ｈ
_31max 及び両検出コイル間の距離より求められる検出コ
イル31から検出コイル33を通る線上に中心Ｏ₂ を有する
円Ｓ₂ として表わされ、更に検出コイル32,33 からの出
力の極値の比Ｈ_32max ／Ｈ_33max 及び両検出コイル間の
距離より求められる検出コイル33から検出際32を通る線
上に中心Ｏ₃ を有する円Ｓ₃ としても表わされる。

【００２３】Ｐはこれらの円Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，Ｓ₃ が全て交
わる交点として求められ、それによって各検出コイル3
1,32,33から励磁コイルまでの距離が求められる。な
お、上記の(2) 式は励磁コイル11,12 から発生する磁界
が点源であり、検出コイル31,32,33も空間の非常に小さ
い地点での磁界を検出するものと仮定したものであるた
め実際には使用する装置形状に適応した補正項を加え
る。

【００２４】上述した検出原理を踏まえ以下本発明を検
出系に適用した場合について説明する。図６は本発明に
係る検出系の構成を示すブロック図である。図中11,12
は被検出物に取付けられた励磁コイルである。これらの
励磁コイル11,12 には逆方向及び同方向の磁界を発生さ
せるように励磁する発振器８が、通流する電流の向きを
切替え可能に接続してある。また図中31,32,33は検出コ
イルであり、各検出コイル31,32,33は増幅器４を介して
磁界により各系コイル31,32,33に発生した誘導電流を検
波する検波器５に接続している。一方検波器５には参照
波を得るために発振器８が接続されており、そして検波
器５はA/D 変換器６を介して被検出物の位置を特定する
演算装置７に接続されている。

【００２５】このように構成された検出系の動作を以下
に説明する。まず発振器８によって励磁コイル11,12 か
ら逆方向の磁界を発生させる。そして検出コイル31,32,
33を埋設管９と平行に走査させて発生した磁界の平行成
分の強さを測定する。各検出コイル31,32,33からの出力
信号は増幅器４で増幅され、検波器５にて発振器８から
の参照波に基づいて検波された後、A/D 変換器６にてデ
ジタル信号に変換されて演算装置７に入力される。

【００２６】次に発振器８によって励磁コイル11,12 か
ら同方向の磁界を発生させる。そして前述の如く検出コ
イル31,32,33を走査させて発生した磁界の平行成分の強
さを測定し、同様に処理された信号が演算装置７に入力
される。そして逆方向及び同方向の磁界の測定結果より
演算装置７は、前述した原理に基づいて被検出物の位置
を特定する。

【００２７】なお、本実施例において磁界検出器を検出
コイルとしているが、これに限られるものではなく、他
の磁気センサであって発生した磁界の平行成分を検出で
きるものであれば良い。また２つの励磁コイルから発生
させる磁界の向きは前述したところとは反対に、まず同
方向の磁界を発生し、次いで逆方向の磁界を発生させる
こととしてもよい。更に検出コイルの数を４個以上とし
てもよい。この場合には検出精度を向上させることがで
きる。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明に係る位置検出
方法及びその装置にあっては、被検出物に取付けた励磁
コイルが発生した磁界の平行成分のみを測定することに
よって被検出物の位置を検出できるため、垂直成分測定
用の磁界検出器が不要となり、位置検出装置の構成を簡
略化でき、また被検出物の直上以外の位置での磁界の測
定によって被検出物の位置の検出ができるため、前記直
上の位置を特定する必要がなくなり、測定時間が短縮さ
れる。更に測定値の比を用いて被検出物の位置を求める
ため、磁界検出器の較正が不要となり測定作業の効率を
向上させる、等本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】被検出物の直上を走査する場合の励磁コイル及
び逆方向の磁界と磁界検出コイルとを示す概略図及び測
定された磁界の強さを示すグラフである。

【図２】被検出物の直上を走査する場合の励磁コイル及
び同方向の直上を走査する場合の励磁コイル及び同方向
の磁界と磁界検出コイルとを示す概略図及び測定された
磁界の強さを示すグラフである。

【図３】被検出物の直上以外を走査する場合の励磁コイ
ル及び逆方向の磁界と磁界検出コイルとを示す概略図及
び測定された磁界の強さを示すグラフである。

【図４】被検出物の直上以外を走査する場合の励磁コイ
ル及び同方向の磁界と磁界検出コイルとを示す概略図及
び測定された磁界の強さを示すグラフである。

【図５】検出コイルから被検出物までの距離を求める原
理を説明する図である。

【図６】本発明に係る検出系を示すブロック図である。

【図７】従来装置の実施態様を示す概略図である。

【図８】従来装置の実施態様を示す概略図である。

【符号の説明】

４ 増幅器 ５ 検波器 ６ A/D 変換器 ７ 演算装置 ８ 発振器 11 励磁コイル 12 励磁コイル 31 磁界検出コイル 32 磁界検出コイル 33 磁界検出コイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出物に取付けた励磁コイルから発生
   させた磁界を磁界検出器で測定することにより前記被検
   出物の位置を検出する方法において、 共通の軸線上に位置を異ならせて配置された複数の励磁
   コイルより強さが等しく逆方向の磁界を発生させ、前記
   複数の励磁コイルの軸線と平行な磁界の成分の強さを測
   定し、その測定値が零となる位置から前記軸線方向の位
   置を検出し、また前記複数の励磁コイルにより同方向の
   磁界を発生させ、前記平行な磁界の成分の強さを複数の
   位置で測定し、その測定値の比を用いて前記磁界検出器
   から励磁コイルまでの距離を検出することを特徴とする
   位置検出方法。
2. 【請求項２】 被検出物に取付けた励磁コイルから発生
   させた磁界を磁界検出器で測定することにより前記被検
   出物の位置を検出する装置において、 共通の軸線上に位置を異ならせて配置された複数の励磁
   コイルと、これらの励磁コイルから逆方向及び同方向の
   磁界を発生させる発振器と、前記複数の励磁コイルの軸
   線と平行な磁界の強さを測定する手段とを備えることを
   特徴とする位置検出装置。